Mdx myotubes have normal excitability but show reduced contraction-relaxation dynamics.

The pathogenesis of Duchenne muscular dystrophy (DMD), characterised by lack of the cytoskeletal protein dystrophin, is not completely understood. An early event in the degenerative process of DMD muscle could be a rise in cytosolic calcium concentration. In order to investigate whether this leads to alterations of contractile behaviour, we studied the excitability and contractile properties of cultured myotubes from control (C57BL/10) and mdx mice, an animal model for DMD. The myotubes were stimulated electrically and their motion was recorded photometrically. No significant differences were found between control and mdx myotubes with respect to the following parameters: chronaxy and rheobase (0.33 +/- 0.03 ms and 23 +/- 4 V vs. 0.39 +/- 0.07 ms and 22 +/- 2 V for C57 and mdx myotubes, respectively), tetanisation frequency (a similar distribution pattern was found between 5 and 30 Hz), fatigue during tetanus (found in 35% of both types of myotubes) and post-tetanic contracture. In contrast, contraction and relaxation times were longer (P < 0.005) in mdx (36 +/- 2 and 142 +/- 13 ms, respectively) than in control myotubes (26 +/- 1 and 85 +/- 9 ms, respectively). Together with our earlier findings, these results suggest a decreased capacity for calcium removal in mdx cells leading, in particular, to alterations of muscle relaxation.

The handaxe and the microscope: individual and social learning in a multidimensional model of adaptation

When individuals learn by trial-and-error, they perform randomly chosen actions and then reinforce those actions that led to a high payoff. However, individuals do not always have to physically perform an action in order to evaluate its consequences. Rather, they may be able to mentally simulate actions and their consequences without actually performing them. Such fictitious learners can select actions with high payoffs without making long chains of trial-and-error learning. Here, we analyze the evolution of an n-dimensional cultural trait (or artifact) by learning, in a payoff landscape with a single optimum. We derive the stochastic learning dynamics of the distance to the optimum in trait space when choice between alternative artifacts follows the standard logit choice rule. We show that for both trial-and-error and fictitious learners, the learning dynamics stabilize at an approximate distance of root n/(2 lambda(e)) away from the optimum, where lambda(e) is an effective learning performance parameter depending on the learning rule under scrutiny. Individual learners are thus unlikely to reach the optimum when traits are complex (n large), and so face a barrier to further improvement of the artifact. We show, however, that this barrier can be significantly reduced in a large population of learners performing payoff-biased social learning, in which case lambda(e) becomes proportional to population size. Overall, our results illustrate the effects of errors in learning, levels of cognition, and population size for the evolution of complex cultural traits. (C) 2013 Elsevier Inc. All rights reserved.

Predicting Non Return to Work after Orthopaedic Trauma: The Wallis Occupational Rehabilitation RisK (WORRK) Model.

BACKGROUND: Workers with persistent disabilities after orthopaedic trauma may need occupational rehabilitation. Despite various risk profiles for non-return-to-work (non-RTW), there is no available predictive model. Moreover, injured workers may have various origins (immigrant workers), which may either affect their return to work or their eligibility for research purposes. The aim of this study was to develop and validate a predictive model that estimates the likelihood of non-RTW after occupational rehabilitation using predictors which do not rely on the worker's background. METHODS: Prospective cohort study (3177 participants, native (51%) and immigrant workers (49%)) with two samples: a) Development sample with patients from 2004 to 2007 with Full and Reduced Models, b) External validation of the Reduced Model with patients from 2008 to March 2010. We collected patients' data and biopsychosocial complexity with an observer rated interview (INTERMED). Non-RTW was assessed two years after discharge from the rehabilitation. Discrimination was assessed by the area under the receiver operating curve (AUC) and calibration was evaluated with a calibration plot. The model was reduced with random forests. RESULTS: At 2 years, the non-RTW status was known for 2462 patients (77.5% of the total sample). The prevalence of non-RTW was 50%. The full model (36 items) and the reduced model (19 items) had acceptable discrimination performance (AUC 0.75, 95% CI 0.72 to 0.78 and 0.74, 95% CI 0.71 to 0.76, respectively) and good calibration. For the validation model, the discrimination performance was acceptable (AUC 0.73; 95% CI 0.70 to 0.77) and calibration was also adequate. CONCLUSIONS: Non-RTW may be predicted with a simple model constructed with variables independent of the patient's education and language fluency. This model is useful for all kinds of trauma in order to adjust for case mix and it is applicable to vulnerable populations like immigrant workers.

Which screening strategy using BMD measurements would be most cost effective for hip fracture prevention in elderly women? A decision analysis based on a Markov model.

INTRODUCTION: Hip fractures are responsible for excessive mortality, decreasing the 5-year survival rate by about 20%. From an economic perspective, they represent a major source of expense, with direct costs in hospitalization, rehabilitation, and institutionalization. The incidence rate sharply increases after the age of 70, but it can be reduced in women aged 70-80 years by therapeutic interventions. Recent analyses suggest that the most efficient strategy is to implement such interventions in women at the age of 70 years. As several guidelines recommend bone mineral density (BMD) screening of postmenopausal women with clinical risk factors, our objective was to assess the cost-effectiveness of two screening strategies applied to elderly women aged 70 years and older. METHODS: A cost-effectiveness analysis was performed using decision-tree analysis and a Markov model. Two alternative strategies, one measuring BMD of all women, and one measuring BMD only of those having at least one risk factor, were compared with the reference strategy "no screening". Cost-effectiveness ratios were measured as cost per year gained without hip fracture. Most probabilities were based on data observed in EPIDOS, SEMOF and OFELY cohorts. RESULTS: In this model, which is mostly based on observed data, the strategy "screen all" was more cost effective than "screen women at risk." For one woman screened at the age of 70 and followed for 10 years, the incremental (additional) cost-effectiveness ratio of these two strategies compared with the reference was 4,235 euros and 8,290 euros, respectively. CONCLUSION: The results of this model, under the assumptions described in the paper, suggest that in women aged 70-80 years, screening all women with dual-energy X-ray absorptiometry (DXA) would be more effective than no screening or screening only women with at least one risk factor. Cost-effectiveness studies based on decision-analysis trees maybe useful tools for helping decision makers, and further models based on different assumptions should be performed to improve the level of evidence on cost-effectiveness ratios of the usual screening strategies for osteoporosis.

Fungi, bacteria and soil pH: the oxalate-carbonate pathway as a model for metabolic interaction

The oxalatecarbonate pathway involves the oxidation of calcium oxalate to low-magnesium calcite and represents a potential long-term terrestrial sink for atmospheric CO2. In this pathway, bacterial oxalate degradation is associated with a strong local alkalinization and subsequent carbonate precipitation. In order to test whether this process occurs in soil, the role of bacteria, fungi and calcium oxalate amendments was studied using microcosms. In a model system with sterile soil amended with laboratory cultures of oxalotrophic bacteria and fungi, the addition of calcium oxalate induced a distinct pH shift and led to the final precipitation of calcite. However, the simultaneous presence of bacteria and fungi was essential to drive this pH shift. Growth of both oxalotrophic bacteria and fungi was confirmed by qPCR on the frc (oxalotrophic bacteria) and 16S rRNA genes, and the quantification of ergosterol (active fungal biomass) respectively. The experiment was replicated in microcosms with non-sterilized soil. In this case, the bacterial and fungal contribution to oxalate degradation was evaluated by treatments with specific biocides (cycloheximide and bronopol). Results showed that the autochthonous microflora oxidized calcium oxalate and induced a significant soil alkalinization. Moreover, data confirmed the results from the model soil showing that bacteria are essentially responsible for the pH shift, but require the presence of fungi for their oxalotrophic activity. The combined results highlight that the interaction between bacteria and fungi is essential to drive metabolic processes in complex environments such as soil.

Dynamics of HIV latency and reactivation in a primary CD4+ T cell model.

HIV latency is a major obstacle to curing infection. Current strategies to eradicate HIV aim at increasing transcription of the latent provirus. In the present study we observed that latently infected CD4+ T cells from HIV-infected individuals failed to produce viral particles upon ex vivo exposure to SAHA (vorinostat), despite effective inhibition of histone deacetylases. To identify steps that were not susceptible to the action of SAHA or other latency reverting agents, we used a primary CD4+ T cell model, joint host and viral RNA sequencing, and a viral-encoded reporter. This model served to investigate the characteristics of latently infected cells, the dynamics of HIV latency, and the process of reactivation induced by various stimuli. During latency, we observed persistence of viral transcripts but only limited viral translation. Similarly, the reactivating agents SAHA and disulfiram successfully increased viral transcription, but failed to effectively enhance viral translation, mirroring the ex vivo data. This study highlights the importance of post-transcriptional blocks as one mechanism leading to HIV latency that needs to be relieved in order to purge the viral reservoir.

Gastric supply manipulation to modulate ghrelin production and enhance vascularization to the cardia: proof of the concept in a porcine model.

Introduction. Selective embolization of the left-gastric artery (LGA) reduces levels of ghrelin and achieves significant short-term weight loss. However, embolization of the LGA would prevent the performance of bariatric procedures because the high-risk leakage area (gastroesophageal junction [GEJ]) would be devascularized. Aim. To assess an alternative vascular approach to the modulation of ghrelin levels and generate a blood flow manipulation, consequently increasing the vascular supply to the GEJ. Materials and methods. A total of 6 pigs underwent a laparoscopic clipping of the left gastroepiploic artery. Preoperative and postoperative CT angiographies were performed. Ghrelin levels were assessed perioperatively and then once per week for 3 weeks. Reactive oxygen species (ROS; expressed as ROS/mg of dry weight [DW]), mitochondria respiratory rate, and capillary lactates were assessed before and 1 hour after clipping (T0 and T1) and after 3 weeks of survival (T2), on seromuscular biopsies. A celiac trunk angiography was performed at 3 weeks. Results. Mean (±standard deviation) ghrelin levels were significantly reduced 1 hour after clipping (1902 ± 307.8 pg/mL vs 1084 ± 680.0; P = .04) and at 3 weeks (954.5 ± 473.2 pg/mL; P = .01). Mean ROS levels were statistically significantly decreased at the cardia at T2 when compared with T0 (0.018 ± 0.006 mg/DW vs 0.02957 ± 0.0096 mg/DW; P = .01) and T1 (0.0376 ± 0.008mg/DW; P = .007). Capillary lactates were significantly decreased after 3 weeks, and the mitochondria respiratory rate remained constant over time at the cardia and pylorus, showing significant regional differences. Conclusions. Manipulation of the gastric flow targeting the gastroepiploic arcade induces ghrelin reduction. An endovascular approach is currently under evaluation.

Sex biased spatial strategies relying on the integration of multimodal cues in a rat model of schizophrenia: impairment in predicting future context?

Male and female Wistar rats were treated postnatally (PND 5-16) with BSO (l-buthionine-(S,R)-sulfoximine) to provide a rat model of schizophrenia based on transient glutathione deficit. In the watermaze, BSO-treated male rats perform very efficiently in conditions where a diversity of visual information is continuously available during orientation trajectories [1]. Our hypothesis is that the treatment impairs proactive strategies anticipating future sensory information, while supporting a tight visual adjustment on memorized snapshots, i.e. compensatory reactive strategies. To test this hypothesis, BSO rats' performance was assessed in two conditions using an 8-arm radial maze task: a semi-transparent maze with no available view on the environment from maze centre [2], and a modified 2-parallel maze known to induce a neglect of the parallel pair in normal rats [3-5]. Male rats, but not females, were affected by the BSO treatment. In the semi-transparent maze, BSO males expressed a higher error rate, especially in completing the maze after an interruption. In the 2-parallel maze shape, BSO males, unlike controls, expressed no neglect of the parallel arms. This second result was in accord with a reactive strategy using accurate memory images of the contextual environment instead of a representation based on integrating relative directions. These results are coherent with a treatment-induced deficit in proactive decision strategy based on multimodal cognitive maps, compensated by accurate reactive adaptations based on the memory of local configurations. Control females did not express an efficient proactive capacity in the semi-transparent maze, neither did they show the significant neglect of the parallel arms, which might have masked the BSO induced effect. Their reduced sensitivity to BSO treatment is discussed with regard to a sex biased basal cognitive style.

On the use of reporter bacteria for measuring availability of organic contaminants

Natural environments are constantly challenged by the release of hydrophobic organic contaminants, which represent a threat for both the ecosystem and human health. Despite a substantial degradation by naturally occurring micro-organisms, a non negligible fraction of these pollutants tend to persist in soil and sediments due to their reduced accessibility to microbial degraders. This lack of 'bioavailability' is acknowledged as a key parameter for the natural and stimulated clean-up (bioremediation) of contaminated sites. We developed a bacterial bioreporter that responds to the presence of polyaromatic hydrocarbons (PAHs) by the production of the green fluorescent protein (GFP), based on the PAH-degrading bacterium Burkholderia sartisoli. We showed in this study that the bacterial biosensor B. sartisoli strain RP037 was faithfully reporting the degradation of naphthalene and phenanthrene (two PAHs of low molecular weight) via the production of GFP. What is more, the magnitude of GFP induction was influenced by change in the PAH flux triggered by a variety of physico-chemical parameters, such as the contact surface between the pollutant and the aqueous suspension. Further experiments permitted to test the influence of dissolved organic matter, which is an important component of natural habitats and can interact with organic pollutants. In addition, we tested the influence of two types of biosurfactants (tensio-active agents produced by living organisms) on phenanthrene's degradation by RP037. Interestingly, the surfactant's effects on the biodegradation rate appeared to depend on the type of biosurfactant and probably on the type of bacterial strain. Finally, we tagged B. sartisoli strain RP037 with a constitutively expressed mCherry fluorescent protein. The presence of mCherry allowed us to visualize the bacteria in complex samples even when GFP production was not induced. The new strain RP037-mChe embedded in a gel patch was used to detect PAH fluxes from a point source, such as a non-aqueous liquid or particles of contaminated soil. In parallel, we also developed and tested a so-called multiwell bacterial biosensor platform, which permitted the simultaneous use of four different reporter strains for the detection of major crude oil components (e.g., saturated hydrocarbons, mono- and polyaromatics) in aqueous samples. We specifically constructed the strain B. sartisoli RP007 (pPROBE-phn-luxAB) for the detection of naphthalene and phenanthrene. It was equipped with a reporter plasmid similar to the one in strain RP037, except that the gfp gene was replaced by the genes luxAB, which encoded the bacterial luciferase. The strain was implemented in the biosensor platform and detected an equivalent naphthalene concentration in oil spilled-sea water. We also cloned the gene for the transcriptional activator AlkS and the operator/promoter region of the operon alkSB1GHJ from the alkane-degrader bacterium Alcanivorax borkumensis strain SK2 in order to construct a new bacterial biosensor with higher sensitivity towards long-chain alkanes. However, the resulting strain showed no increased light emission in presence of tetradecane (C14), while it still efficiently reported low concentrations of octane (C8). RÉSUMÉ : Les écosystèmes naturels sont constamment exposés à nombre de contaminants organiques hydrophobes (COHs) d'origine industrielle, agricole ou même naturelle. Les COHs menacent à la fois l'environnement, le bien-être des espèces animales et végétales et la santé humaine, mais ils peuvent être dégradés par des micro-organismes tels que les bactéries et les champignons, qui peuvent être capables des les transformer en produits inoffensifs comme le gaz carbonique et l'eau. La biodégradation des COHs est cependant fréquemment limitée par leur pauvre disponibilité envers les organismes qui les dégradent. Ainsi, bien que la biodégradation opère partiellement, les COHs persistent dans l'environnement à de faibles concentrations qui potentiellement peuvent encore causer des effets toxiques chroniques. Puisque la plupart des COHs peuvent être métabolisés par l'activité microbienne, leur persistance a généralement pour origine des contraintes physico-chimiques plutôt que biologiques. Par exemple, leur solubilité dans l'eau très limitée réduit leur prise par des consommateurs potentiels. De plus, l'adsorption à la matière organique et la séquestration dans les micropores du sol participent à réduire leur disponibilité envers les microbes. Les processus de biodisponibilité, c'est-à-dire les processus qui gouvernent la dissolution et la prise de polluants par les organismes vivants, sont généralement perçus comme des paramètres clés pour la dépollution (bioremédiation) naturelle et stimulée des sites contaminés. Les hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAPs) sont un modèle de COH produits par les activités aussi bien humaines que naturelles, et listés comme des contaminants chroniques de l'air, des sols et des sédiments. Ils peuvent être dégradés par un vaste nombre d'espèces bactériennes mais leur taux de biodégradation est souvent limité par les contraintes mentionnées ci-dessus. Afin de comprendre les processus de biodisponibilité pour les cellules bactériennes, nous avons décidé d'utiliser les bactéries elles-mêmes pour détecter et rapporter les flux de COH. Ceci a été réalisé par l'application d'une stratégie de conception visant à produire des bactéries `biocapteurs-rapporteurs', qui littéralement s'allument lorsqu'elles détectent un composé cible pour lequel elles ont été conçues. En premier lieu, nous nous sommes concentrés sur Burkholderia sartisoli (souche RP007), une bactérie isolée du sol et consommatrice de HAP .Cette souche a servi de base à la construction d'un circuit génétique permettant la formation de la protéine autofluorescente GFP dès que les cellules détectent le naphtalène ou le phénanthrène, deux HAP de faible masse moléculaire. En effet, nous avons pu montrer que la bactérie obtenue, la souche RP037 de B. sartisoli, produit une fluorescence GFP grandissante lors d'une exposition en culture liquide à du phénanthrène sous forme cristalline (0.5 mg par ml de milieu de culture). Nous avons découvert que pour une induction optimale il était nécessaire de fournir aux cellules une source additionnelle de carbone sous la forme d'acétate, ou sinon seul un nombre limité de cellules deviennent induites. Malgré cela, le phénanthrène a induit une réponse très hétérogène au sein de la population de cellules, avec quelques cellules pauvrement induites tandis que d'autres l'étaient très fortement. La raison de cette hétérogénéité extrême, même dans des cultures liquides mélangées, reste pour le moment incertaine. Plus important, nous avons pu montrer que l'amplitude de l'induction de GFP dépendait de paramètres physiques affectant le flux de phénanthrène aux cellules, tels que : la surface de contact entre le phénanthrène solide et la phase aqueuse ; l'ajout de surfactant ; le scellement de phénanthrène à l'intérieur de billes de polymères (Model Polymer Release System) ; la dissolution du phénanthrène dans un fluide gras immiscible à l'eau. Nous en avons conclu que la souche RP037 détecte convenablement des flux de phénantrène et nous avons proposé une relation entre le transfert de masse de phénanthrène et la production de GFP. Nous avons par la suite utilisé la souche afin d'examiner l'effet de plusieurs paramètres chimiques connus dans la littérature pour influencer la biodisponibilité des HAP. Premièrement, les acides humiques. Quelques rapports font état que la disponibilité des HAP pourrait être augmentée par la présence de matière organique dissoute. Nous avons mesuré l'induction de GFP comme fonction de l'exposition des cellules RP037 au phénanthrène ou au naphtalène en présence ou absence d'acides humiques dans la culture. Nous avons testé des concentrations d'acides humiques de 0.1 et 10 mg/L, tandis que le phénanthrène était ajouté via l'heptamethylnonane (HMN), un liquide non aqueux, ce qui au préalable avait produit le plus haut flux constant de phénanthrène aux cellules. De plus, nous avons utilisé des tests en phase gazeuse avec des concentrations d'acides humiques de 0.1, 10 et 1000 mg/L mais avec du naphtalène. Contrairement à ce que décrit la littérature, nos résultats ont indiqué que dans ces conditions l'expression de GFP en fonction de l'exposition au phénanthrène dans des cultures en croissance de la souche RP037 n'était pas modifiée par la présence d'acides humiques. D'un autre côté, le test en phase gazeuse avec du naphtalène a montré que 1000 mg/L d'acides humiques abaissent légèrement mais significativement la production de GFP dans les cellules de RP037. Nous avons conclu qu'il n'y a pas d'effet général des acides humiques sur la disponibilité des HAP pour les bactéries. Par la suite, nous nous sommes demandé si des biosurfactants modifieraient la disponibilité du phénanthrène pour les bactéries. Les surfactants sont souvent décrits dans la littérature comme des moyens d'accroître la biodisponibilité des COHs. Les surfactants sont des agents tensio-actifs qui augmentent la solubilité apparente de COH en les dissolvant à l'intérieur de micelles. Nous avons ainsi testé si des biosurfactants (des surfactants produits par des organismes vivants) peuvent être utilisé pour augmenter la biodisponibilité du phénanthrène pour la souche B. sartisoli RP037. Premièrement, nous avons tenté d'obtenir des biosurfactants produits par une autre bactérie vivant en co-culture avec les biocapteurs bactériens. Deuxièmement, nous avons utilisé des biosurfactants purifiés. La co-cultivation en présence de la bactérie productrice de lipopeptide Pseudomonas putida souche PCL1445 a augmenté l'expression de GFP induite par le phénanthrène chez B. sartisoli en comparaison des cultures simples, mais cet effet n'était pas significativement différent lorsque la souche RP037 était co-cultivée avec un mutant de P. putida ne produisant pas de lipopeptides. L'ajout de lipopeptides partiellement purifiés dans la culture de RP037 a résulté en une réduction de la tension de surface, mais n'a pas provoqué de changement dans l'expression de GFP. D'un autre côté, l'ajout d'une solution commerciale de rhamnolipides (un autre type de biosurfactants produits par Pseudomonas spp.) a facilité la dégradation du phénanthrène par la souche RP037 et induit une expression de GFP élevée dans une plus grande proportion de cellules. Nous avons ainsi conclu que les effets des biosurfactants sont mesurables à l'aide de la souche biocapteur, mais que ceux-ci sont dépendants du type de surfactant utilisé conjointement avec le phénanthrène. La question suivante que nous avons abordée était si les tests utilisant des biocapteurs peuvent être améliorés de manière à ce que les flux de HAP provenant de matériel contaminé soient détectés. Les tests en milieu liquide avec des échantillons de sol ne fournissant pas de mesures, et sachant que les concentrations de HAP dans l'eau sont en général extrêmement basses, nous avons conçu des tests de diffusion dans lesquels nous pouvons étudier l'induction par les HAPs en fonction de la distance aux cellules. Le biocapteur bactérien B. sartisoli souche RP037 a été marqué avec une seconde protéine fluorescente (mCherry), qui est constitutivement exprimée dans les cellules et leur confère une fluorescence rouge/rose. La souche résultante RP037-mChe témoigne d'une fluorescence rouge constitutive mais n'induit la fluorescence verte qu'en présence de naphtalène ou de phénanthrène. La présence d'un marqueur fluorescent constitutif nous permet de visualiser les biocapteurs bactériens plus facilement parmi des particules de sol. Un test de diffusion a été conçu en préparant un gel fait d'une suspension de cellules mélangées à 0.5 % d'agarose. Des bandes de gel de dimensions 0.5 x 2 cm x 1 mm ont été montées dans des chambres d'incubation et exposées à des sources de HAP (soit dissouts dans du HMN ou en tant que matériel solide, puis appliqués à une extrémité de la bande). En utilisant ce montage expérimental, le naphtalène ou le phénanthrène (dissouts dans du HMN à une concentration de 2.5 µg/µl) ont induit un gradient d'intensité de fluorescence GFP après 24 heures d'incubation, tandis que la fluorescence mCherry demeurait comparable. Un sol contaminé par des HAPs (provenant d'un ancien site de production de gaz) a induit la production de GFP à un niveau comparable à celui du naphtalène. Des biocapteurs bactériens individuels ont également détecté un flux de phénanthrène dans un gel contenant des particules de sol amendées avec 1 et 10 mg/g de phénanthrène. Ceci a montré que le test de diffusion peut être utilisé pour mesurer des flux de HAP provenant de matériel contaminé. D'un autre côté, la sensibilité est encore très basse pour plusieurs sols contaminés, et l'autofluorescence de certains échantillons rend difficile l'identification de la réponse de la GFP chez les cellules. Pour terminer, un des points majeurs de ce travail a été la production et la validation d'une plateforme multi-puits de biocapteurs bactériens, qui a permis l'emploi simultané de plusieurs souches différentes de biocapteurs pour la détection des constituants principaux du pétrole. Pour cela nous avons choisi les alcanes linéaires, les composés mono-aromatiques, les biphényls et les composés poly-aromatiques. De plus, nous avons utilisé un capteur pour la génotoxicité afin de détecter la `toxicité globale' dans des échantillons aqueux. Plusieurs efforts d'ingénierie ont été investis de manière à compléter ce set. En premier lieu, chaque souche a été équipée avec soit gfp, soit luxAB en tant que signal rapporteur. Deuxièmement, puisqu'aucune souche de biocapteur n'était disponible pour les HAP ou pour les alcanes à longues chaînes, nous avons spécifiquement construit deux nouveaux biocapteurs. L'un d'eux est également basé sur B. sartisoli RP007, que nous avons équipé avec le plasmide pPROBE-phn-luxAB pour la détection du naphtalène et du phénanthrène mais avec production de luciférase bactérienne. Un autre est un nouveau biocapteur bactérien pour les alcanes. Bien que nous possédions une souche Escherichia coli DHS α (pGEc74, pJAMA7) détectant les alcanes courts de manière satisfaisante, la présence des alcanes à longues chaînes n'était pas rapportée efficacement. Nous avons cloné le gène de l'activateur transcriptionnel A1kS ainsi que la région opérateur/promoteur de l'opéron alkSB1GHJ chez la bactérie dégradant les alcanes Alcanivorax borkumensis souche SK2, afin de construire un nouveau biocapteur bactérien bénéficiant d'une sensibilité accrue envers les alcanes à longues chaînes. Cependant, la souche résultante E. coli DHSα (pAlk3} n'a pas montré d'émission de lumière augmentée en présence de tétradécane (C14), tandis qu'elle rapportait toujours efficacement de basses concentrations d'octane (C8). De manière surprenante, l'utilisation de A. borkumensis en tant que souche hôte pour le nouveau plasmide rapporteur basé sur la GFP a totalement supprimé la sensibilité pour l'octane, tandis que la détection de tétradécane n'était pas accrue. Cet aspect devra être résolu dans de futurs travaux. Pour calibrer la plateforme de biocapteurs, nous avons simulé une fuite de pétrole en mer dans une bouteille en verre ouverte de 5L contenant 2L d'eau de mer contaminée avec 20 ml (1%) de pétrole brut. La phase aqueuse a été échantillonée à intervalles réguliers après la fuite durant une période allant jusqu'à une semaine tandis que les principaux contaminants pétroliers étaient mesurés via les biocapteurs. L'émission de bioluminescence a été mesurée de manière à déterminer la réponse des biocapteurs et une calibration intégrée faite avec des inducteurs types a servi à calculer des concentrations d'équivalents inducteurs dans l'échantillon. E. coli a été utilisée en tant que souche hôte pour la plupart des spécificités des biocapteurs, à l'exception de la détection du naphtalène et du phénanthrène pour lesquels nous avons utilisé B. sartisoli. Cette souche, cependant, peut être employée plus ou moins selon la même procédure. Il est intéressant de noter que le pétrole répandu a produit une apparition séquentielle de composés dissouts dans la phase aqueuse, ceux-ci .étant détectables par les biocapteurs. Ce profil contenait d'abord les alcanes à courtes chaînes et les BTEX (c'est-à dire benzène, toluène, éthylbenzène et xylènes), apparaissant entre des minutes et des heures après que le pétrole a été versé. Leurs concentrations aqueuses ont par la suite fortement décru dans l'eau échantillonnée après 24 heures, à cause de la volatilisation ou de la biodégradation. Après quelques jours d'incubation, ces composés sont devenus indétectables. Les HAPs, en revanche, sont apparus plus tard que les alcanes et les BTEX, et leur concentration a augmenté de pair avec un temps d'incubation prolongé. Aucun signal significatif n'a été mis en évidence avec le biocapteur pour le biphényl ou pour la génotoxicité. Ceci démontre l'utilité de ces biocapteurs, spécifiquement pour la détection des composés pétroliers, comprenant les alcanes à courtes chaînes, les BTEX et les HAPs légers.

A peripheral dose calculation model for estimating second cancer risk after breast radiotherapy

AbstractBreast cancer is one of the most common cancers affecting one in eight women during their lives. Survival rates have increased steadily thanks to early diagnosis with mammography screening and more efficient treatment strategies. Post-operative radiation therapy is a standard of care in the management of breast cancer and has been shown to reduce efficiently both local recurrence rate and breast cancer mortality. Radiation therapy is however associated with some late effects for long-term survivors. Radiation-induced secondary cancer is a relatively rare but severe late effect of radiation therapy. Currently, radiotherapy plans are essentially optimized to maximize tumor control and minimize late deterministic effects (tissue reactions) that are mainly associated with high doses (» 1 Gy). With improved cure rates and new radiation therapy technologies, it is also important to evaluate and minimize secondary cancer risks for different treatment techniques. This is a particularly challenging task due to the large uncertainties in the dose-response relationship.In contrast with late deterministic effects, secondary cancers may be associated with much lower doses and therefore out-of-field doses (also called peripheral doses) that are typically inferior to 1 Gy need to be determined accurately. Out-of-field doses result from patient scatter and head scatter from the treatment unit. These doses are particularly challenging to compute and we characterized it by Monte Carlo (MC) calculation. A detailed MC model of the Siemens Primus linear accelerator has been thoroughly validated with measurements. We investigated the accuracy of such a model for retrospective dosimetry in epidemiological studies on secondary cancers. Considering that patients in such large studies could be treated on a variety of machines, we assessed the uncertainty in reconstructed peripheral dose due to the variability of peripheral dose among various linac geometries. For large open fields (> 10x10 cm2), the uncertainty would be less than 50%, but for small fields and wedged fields the uncertainty in reconstructed dose could rise up to a factor of 10. It was concluded that such a model could be used for conventional treatments using large open fields only.The MC model of the Siemens Primus linac was then used to compare out-of-field doses for different treatment techniques in a female whole-body CT-based phantom. Current techniques such as conformai wedged-based radiotherapy and hybrid IMRT were investigated and compared to older two-dimensional radiotherapy techniques. MC doses were also compared to those of a commercial Treatment Planning System (TPS). While the TPS is routinely used to determine the dose to the contralateral breast and the ipsilateral lung which are mostly out of the treatment fields, we have shown that these doses may be highly inaccurate depending on the treatment technique investigated. MC shows that hybrid IMRT is dosimetrically similar to three-dimensional wedge-based radiotherapy within the field, but offers substantially reduced doses to out-of-field healthy organs.Finally, many different approaches to risk estimations extracted from the literature were applied to the calculated MC dose distribution. Absolute risks varied substantially as did the ratio of risk between two treatment techniques, reflecting the large uncertainties involved with current risk models. Despite all these uncertainties, the hybrid IMRT investigated resulted in systematically lower cancer risks than any of the other treatment techniques. More epidemiological studies with accurate dosimetry are required in the future to construct robust risk models. In the meantime, any treatment strategy that reduces out-of-field doses to healthy organs should be investigated. Electron radiotherapy might offer interesting possibilities with this regard.RésuméLe cancer du sein affecte une femme sur huit au cours de sa vie. Grâce au dépistage précoce et à des thérapies de plus en plus efficaces, le taux de guérison a augmenté au cours du temps. La radiothérapie postopératoire joue un rôle important dans le traitement du cancer du sein en réduisant le taux de récidive et la mortalité. Malheureusement, la radiothérapie peut aussi induire des toxicités tardives chez les patients guéris. En particulier, les cancers secondaires radio-induits sont une complication rare mais sévère de la radiothérapie. En routine clinique, les plans de radiothérapie sont essentiellement optimisées pour un contrôle local le plus élevé possible tout en minimisant les réactions tissulaires tardives qui sont essentiellement associées avec des hautes doses (» 1 Gy). Toutefois, avec l'introduction de différentes nouvelles techniques et avec l'augmentation des taux de survie, il devient impératif d'évaluer et de minimiser les risques de cancer secondaire pour différentes techniques de traitement. Une telle évaluation du risque est une tâche ardue étant donné les nombreuses incertitudes liées à la relation dose-risque.Contrairement aux effets tissulaires, les cancers secondaires peuvent aussi être induits par des basses doses dans des organes qui se trouvent hors des champs d'irradiation. Ces organes reçoivent des doses périphériques typiquement inférieures à 1 Gy qui résultent du diffusé du patient et du diffusé de l'accélérateur. Ces doses sont difficiles à calculer précisément, mais les algorithmes Monte Carlo (MC) permettent de les estimer avec une bonne précision. Un modèle MC détaillé de l'accélérateur Primus de Siemens a été élaboré et validé avec des mesures. La précision de ce modèle a également été déterminée pour la reconstruction de dose en épidémiologie. Si on considère que les patients inclus dans de larges cohortes sont traités sur une variété de machines, l'incertitude dans la reconstruction de dose périphérique a été étudiée en fonction de la variabilité de la dose périphérique pour différents types d'accélérateurs. Pour de grands champs (> 10x10 cm ), l'incertitude est inférieure à 50%, mais pour de petits champs et des champs filtrés, l'incertitude de la dose peut monter jusqu'à un facteur 10. En conclusion, un tel modèle ne peut être utilisé que pour les traitements conventionnels utilisant des grands champs.Le modèle MC de l'accélérateur Primus a été utilisé ensuite pour déterminer la dose périphérique pour différentes techniques dans un fantôme corps entier basé sur des coupes CT d'une patiente. Les techniques actuelles utilisant des champs filtrés ou encore l'IMRT hybride ont été étudiées et comparées par rapport aux techniques plus anciennes. Les doses calculées par MC ont été comparées à celles obtenues d'un logiciel de planification commercial (TPS). Alors que le TPS est utilisé en routine pour déterminer la dose au sein contralatéral et au poumon ipsilatéral qui sont principalement hors des faisceaux, nous avons montré que ces doses peuvent être plus ou moins précises selon la technTque étudiée. Les calculs MC montrent que la technique IMRT est dosimétriquement équivalente à celle basée sur des champs filtrés à l'intérieur des champs de traitement, mais offre une réduction importante de la dose aux organes périphériques.Finalement différents modèles de risque ont été étudiés sur la base des distributions de dose calculées par MC. Les risques absolus et le rapport des risques entre deux techniques de traitement varient grandement, ce qui reflète les grandes incertitudes liées aux différents modèles de risque. Malgré ces incertitudes, on a pu montrer que la technique IMRT offrait une réduction du risque systématique par rapport aux autres techniques. En attendant des données épidémiologiques supplémentaires sur la relation dose-risque, toute technique offrant une réduction des doses périphériques aux organes sains mérite d'être étudiée. La radiothérapie avec des électrons offre à ce titre des possibilités intéressantes.

Reduced fronto-temporal and limbic connectivity in the 22q11.2 deletion syndrome: vulnerability markers for developing schizophrenia?

The 22q11.2 deletion syndrome (22q11DS) is a widely recognized genetic model allowing the study of neuroanatomical biomarkers that underlie the risk for developing schizophrenia. Recent advances in magnetic resonance image analyses enable the examination of structural connectivity integrity, scarcely used in the 22q11DS field. This framework potentially provides evidence for the disconnectivity hypothesis of schizophrenia in this high-risk population. In the present study, we quantify the whole brain white matter connections in 22q11DS using deterministic tractography. Diffusion Tensor Imaging was acquired in 30 affected patients and 30 age- and gender-matched healthy participants. The Human Connectome technique was applied to register white matter streamlines with cortical anatomy. The number of fibers (streamlines) was used as a measure of connectivity for comparison between groups at the global, lobar and regional level. All statistics were corrected for age and gender. Results showed a 10% reduction of the total number of fibers in patients compared to controls. After correcting for this global reduction, preserved connectivity was found within the right frontal and right parietal lobes. The relative increase in the number of fibers was located mainly in the right hemisphere. Conversely, an excessive reduction of connectivity was observed within and between limbic structures. Finally, a disproportionate reduction was shown at the level of fibers connecting the left fronto-temporal regions. We could therefore speculate that the observed disruption to fronto-temporal connectivity in individuals at risk of schizophrenia implies that fronto-temporal disconnectivity, frequently implicated in the pathogenesis of schizophrenia, could precede the onset of symptoms and, as such, constitutes a biomarker of the vulnerability to develop psychosis. On the contrary, connectivity alterations in the limbic lobe play a role in a wide range of psychiatric disorders and therefore seem to be less specific in defining schizophrenia.

Performance of younger and older adults in lateralized right and left hemisphere asymmetry tasks supports the HAROLD model

The population of industrialized societies has increased tremendously over the last century, raising the question on how an enhanced age affects cognition. The relevance of two models of healthy aging are contrasted in the present study that both target the functioning of the two cerebral hemispheres. The right hemi-aging model (RHAM) assumes that functions of the right hemisphere decline before those of the left hemisphere. The Hemispheric Asymmetry Reduction in Older Adults (HAROLD) Model suggests that the contralateral hemisphere supports the normally superior hemisphere in a given task resulting in a reduced hemispheric asymmetry overall. In a mixed design, 20 younger and 20 older adults performed both a task assessing a left (lateralized lexical decisions) and a right (sex decisions on chimeric faces) hemisphere advantage. Results indicated that lateralized performance in both tasks was attenuated in older as compared to younger adults, in particular in men. These observations support the HAROLD model. Future studies should investigate whether this reduced functional hemispheric asymmetry in older age results from compensatory processes or from a process of de-differentiation

CD4+CD25-mTGFbeta+ T cells induced by nasal application of ovalbumin transfer tolerance in a therapeutic model of asthma.

Background: Intranasal administration of high amount of allergen was shown to induce tolerance and to reverse the allergic phenotype. However, mechanisms of tolerance induction via the mucosal route are still unclear. Objectives: To characterize the therapeutic effects of intranasal application of ovalbumin (OVA) in a mouse model of bronchial inflammation as well as the cellular and molecular mechanisms leading to protection upon re-exposure to allergen. Methods: After induction of bronchial inflammation, mice were treated intranasally with OVA and re-exposed to OVA aerosols 10 days later. Bronchoalveolar lavage fluid (BALF), T cell proliferation and cytokine secretion were examined. The respective role of CD4(+)CD25(+) and CD4(+)CD25(-) T cells in the induction of tolerance was analysed. Results: Intranasal treatment with OVA drastically reduced inflammatory cell recruitment into BALF and bronchial hyperresponsiveness upon re-exposure to allergen. Both OVA- specific-proliferation of T cells, T(h)1 and T(h)2 cytokine production from lung and bronchial lymph nodes were inhibited. Transfer of CD4(+)CD25(-) T cells, which strongly expressed membrane-bound transforming growth factor beta (mTGF beta), from tolerized mice protected asthmatic recipient mice from subsequent aerosol challenges. The presence of CD4(+)CD25(+)(Foxp3(+)) T cells during the process of tolerization was indispensable to CD4(+)CD25(-) T cells to acquire regulatory properties. Whereas the presence of IL-10 appeared dispensable in this model, the suppression of CD4(+)CD25(-)mTGF beta(+) T cells in transfer experiments significantly impaired the down-regulation of airways inflammation. Conclusion: Nasal application of OVA in established asthma led to the induction of CD4(+)CD25(-)mTGF beta(+) T cells with regulatory properties, able to confer protection upon allergen re-exposure.